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不同材料或桩体组成的复合地基的区别

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不同材料或桩体组成的复合地基的区别
碎（砂）石桩：
定义：
用振动，冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔，然后将碎（砂）石挤压入已成的孔中，形成大直径的碎（砂）石所构成的密实桩体。
适用条件：
适用土体：松散砂土，杂填土，素填土，饱和黏土。
适用范围：中小型工业与民用建筑；港湾构筑物：如码头，护岸等；土工构筑物：如土石坝，路基等；材料堆置场：如矿石场，原料场等；其他：如轨道，滑道船坞等。
加固机理：
对松散砂土的加固机理：碎石桩和砂桩挤密法加固砂性土地基的主要目的是提高地基土承载力，减少变形和提高抗液化能力。
碎石桩和砂桩加固砂土地基抗液化机理主要有下列三方面作用:
1,挤密作用：由于在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力，桩管中的砂挤向桩管周围的砂层，使桩管周围砂层孔隙比减小，密实度增大。
2,排水减压作用：碎石桩加固砂土时,桩体内充填碎石等反滤性好的粗颗粒料，在地基中形成渗透性良好的人工竖向排水减压通道，可以有效的消散和防止超孔隙水压力的增加和砂土产生液化，并加快地基的排水固结。
3,砂基预震效应：在一定应力循环下，经过预震的砂土抗液化能力要强很多，所以在振冲施工时，振冲器会对地基土进行预震，这对提高砂土的抗液化能力是极为有利的。
对黏性土的加固机理：对黏性土特别是饱和软土，碎（砂）石桩的作用不是挤密而是置换。碎石桩置换法是一种换土置换，以良好性能的碎石来置换不良地基土。
由于碎石桩的刚度比周围的黏性土大，而地基中应力按材料变形模量进行重新分配。所以大部分荷载有碎石桩承担，提高了地基承载力，降低了沉降。
碎石桩在黏土地基中是一个良好的排水通道，他能起到排水砂井的效能，加速了软土的排水固结，使沉降加快。
如果软土厚度不大，桩体可贯穿软土层，直达相对硬层，减少软土层的压力负担，如果软土层厚度大，桩体不可穿过整个软土层，此时加固的复合土层起垫层的作用，将荷载扩散使应力分布趋于均匀。
设计计算：
（1）一般设计原则：
1,加固范围：大于基底面积，对一般地基，在基础外缘应扩大1-3排；对于液化地基，在基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2，且不小于5m.
2,桩位布置：对大面积满堂处理，桩位宜用等边三角形布置；对独立或条形基础，桩位宜用矩形，正方形或等腰三角形布置；对圆形，环形或扇形基础，桩位宜用放射形布置。
3,加固深度:(1)对相对硬层的埋藏深度不大时，按相对硬层的埋藏深度确定；
(2)当相对硬层埋藏深度较大时，对按变形控制的工程，加固深度应满足碎石桩砂桩复合地基变形不超过建筑物地基容许变形并满足软弱下卧层承载力的要求；
(3)对按稳定性控制的工程，加固深度应不小于最危险滑动面以下2m；
(4)在可液化地基中，加固深度应按要求的抗震处理深度确定；
(5)桩长不应小于4m。
4,桩径：碎(砂)石桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。采用30kW振冲器成桩时，直径一般为0.7—1.0m；采用沉管法成桩时，直径一般为0.3—0.7m，对饱和黏土地基宜选用较大直径。
5,材料：桩体材料可以就地取材，一般使用中，粗混合砂，碎石，卵石，砂砾石等，含泥量不大于5%。碎石桩桩体材料的容许最大粒径于振冲器的外径和功率有关，一般不大于8cm，常用粒径为2—5cm。
6,垫层：施工完毕后，基础底面应铺设30—50cm厚度的碎(砂)石垫层，垫层应分层铺设，用平面振动器振实。再不能保证施工机械正常行驶和操作的软弱土层上，应铺设施工用的临时性垫层。
（2）砂性土的设计计算：
一，确定桩距：
等边三角形布桩：
正方形布桩：
修正系数用来考虑振动下沉密实作用，可取1.1—1.2，不考虑振动下沉密实作用时取1.0。地基挤密后要求达到的孔隙比可按以下公式求得：

—地基挤密后要求砂土达到的相对密度，可取0.7—0.85。
二，液化判别：
在地面下15m深度范围内，按下式计算：

在地面下15—20m范围内，按下式计算：

—液化判别标准贯入锤击数临界值；
—液化判别标准贯入锤击数基准值；
—地下水位深度；(m)
—饱和土标准贯入点深度；(m)
—黏粒含量百分率，当小于3或为砂土时均采用3。
（3）黏性土的设计计算：
一，确定桩距：
等边三角形布桩：
正方形布桩：
矩形布桩：
面积置换率：
—面积置换率，一般为0.25—0.4；
—单桩的影响面积；
—单桩的截面面积；
—影响面积的等效圆的直径；
—桩径；
—分别为桩的间距，纵向间距，横向间距。
二，承载力计算：
单桩承载力计算：

—被动土压力系数，；
—碎(砂)石料内摩擦角，可取—；
—桩体侧向极限应力。
关于侧向极限应力，目前有几种不同的计算公式，但都可以写成一个通式：

—地基的不排水抗剪强度；
—常数，不同方法不同取值；
—某深度处的初始总侧向应力，随计算方法不同取不同的值。
为统一起见改写为：
复合地基承载力计算：

—振冲桩复合地基承载力特征值；
—桩体承载力特征值；
—处理后桩间土承载力特征值，按当地经验取值，如无经验，取天然地基承载力特征值。
三．沉降变形计算：
—复合土层的压缩模量；
—桩间土的压缩模量，按当地经验取值，如无经验，取天然地基承载力特征值。
桩土应力比n在无实测资料时，对黏土取2—4，对粉土取1.5—3，原土强度低时取大值，强度高时取小值。
四，稳定分析：
复合地基抗剪切强度为：

—桩间土粘聚力；
—自地表起的计算深度；
—碎（砂）石料的重度；
—碎（砂）石料的内摩擦角；
—应力集中系数，；
—面积置换率。
施工要点，注意事项：
1，对黏土颗粒含量大于20%的砂性土，因为会影响挤密效果，所以包括桩在内的平均地基强度要另外计算。
2，由于成桩挤密时产生的超孔隙水压力在黏土夹层中不可能很快消散，因此对细砂层内有薄黏膜夹层时，在缺点标贯击数时要考虑时间效应，一般要求1个月时间在进行测试。
3，施工时，在表层1—2m内，由于周围土所受约束小，有时不能充分挤密，要通过其他表层压实方法来处理。
石灰桩：
定义：
用人工或机械在地基中成孔后，灌入生石灰块（粉、浆），经振密（夯压、搅拌、压注）后形成的桩柱体。
适用条件：
适宜土层：适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土等地基；用于地下水位以上的上层时，宜增加掺合料的含水量并减少生石灰用量，或采取上层浸水等措施。
应用领域：道路、码头、铁路、软弱地基的加固工程及托还工程和基
坑支护工程。
加固机理：
桩间土：（1）成孔挤密（2）膨胀挤密（3）脱水挤密（4）胶凝作用。
桩身：排水固结作用，桩身吸水膨胀挤密，桩心容易出现软化现象。
复合地基：桩体作用，桩上产生应力集中。
设计计算：
材料：灰桩的材料以生石灰为主，选用现浇的(新鲜)并需过筛，粒径一般为70mm左右，含粉量不得超过总重量的15％，CaO含量不得低于70％，其中夹石不大于5％。MgO含量小于或等于5％的生石灰称为钙质生石灰，大于5％的称为镁质生石灰。钙质生石灰水化反应能力大，反应速度快。石灰桩要求选用新鲜的生石灰，过烧和欠烧的都不能使用，生石灰中可均匀掺入粉煤灰或火山灰等硅质材料，粉煤灰或火山灰与生石灰的重量配合比一般为3:7。
桩径：由施工条件确定，一般为150～400mm。
桩的布置：一般采用正方形或等边三角形。
膨胀前的置换率，
正方形布桩：

等边三角形布桩：
膨胀后的置换率： —石灰桩膨胀率
桩距：宜通过试桩确定，应同时满足地基承载力和变形要求。
桩长：⑴对于变形要求高的建筑物地基，宜达到计算压缩层底部；
⑵对用于地基稳定目的的石灰桩，应穿过可能的滑动面；
⑶满足软弱下卧层承载力，使复合地基沉降控制在容许值之内。
当采用洛阳铲成孔时，不宜超过6m；当采用机械成孔管外投料
时，不宜超过8m。螺旋钻成孔及管内投科时可适当加长。
复合地基承载力计算：
—石灰桩复合地基承载力特征值,350—500KPa；
—石灰桩桩体承载力特征值；
—石灰桩处理后桩间土承载力特征值，取天然地基承载力特征值的1.05—1.20倍，原土软弱或置换率大时取大值。
等边三角形布桩：
正方形布桩：
矩形布桩：
（1）桩身强度：现场单桩静荷载试验或静力触探试验确定，可近似区0.1Ps。初步设计时
（2）桩周土的强度:
复合地基沉降量计算：沉降量可以按照类似的碎石桩和砂桩计算。一般加固后地基沉降量为未加固天然地基的20~25%。差异沉降仅为3~5mm。沉降速率快，大部分在施工期完成。
施工要点，注意事项：
1 进行成桩试验和材料配合比试验，确定合理的成桩参数， 并制定施工组织设计；
2. 防止地表水和邻近水源渗透浸入石灰桩身；
3. 打桩顺序按“先外排后内排，先周边后中间”的原则，单排采用“先两端后中间”顺序；
4. 要严格控制填料量和材料质量，掺和材料严格按配合比与生石灰搅拌均匀；
5. 成桩后应立即用粘土或混凝土等材料压实封顶，防止地表水流入桩身和防止石灰桩因水化过分激烈而引起桩孔喷料；
6. 基础施工应在石灰桩达到一定强度后进行；
7. 注意施工安全，防止石灰桩喷料伤人。
土（或灰土）桩：
定义：
利用打入刚套管（或振动成管）在地基中成孔，通过挤压作用使地基得到加密，然后在孔中分层填入素土（或灰土、粉煤灰加石灰）后夯实成桩。
适用条件：
适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、 素填土和杂填土等地基，可处理地基的深度为5～15m。不宜应用于饱和度大于65%，含水量大于24%的地基土，以及含有薄砂砾夹层的地基土层。
加固机理：
挤密作用：桩孔壁附近，土的密度可以达到甚至超过最大干密度，即压实系数大于1。一般压实挤密的影响半径可以达到1.5~2.0倍桩径。
灰土性质作用：
灰土桩， 石灰与土的比例一般为体积比2：8(或3：7) 。灰土混合材料具有水硬性与气硬性。随时间增加，桩体本身强度提高。增加地基强度。
二灰桩 粉煤灰中含和，与石灰及水混合后生成硅铝酸钙和水硬 性胶凝物质，充填于粉煤灰颗粒的空隙中，提高桩体强度。增加地基强度。
桩体作用：在灰土桩挤密地基中，由于灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形模量(灰土的变形模量为E0＝29~36MPa，相当于夯实素土的2~10倍)，荷载向桩上产生应力集中，从而降低了基础底面以下一定深度内土中的压力，消除了持力
层内产生大量压缩变形和湿陷变形的不利因素。
设计计算：
桩径与桩深：桩距小有利于桩间土的挤密。桩径一般300~450mm。桩深一般大于3m，在12~15m之间。
桩距与桩排：桩距设计以桩间土的挤密达到一定的平均密实度为目的，即要求桩间土的最小干密度要大于，平均压实系数=0.90~0.93。
桩距：
等边三角形 ， （规范法）
桩孔按等边三角形布置 ；
桩孔按正方形布置 。
桩孔数：
处理宽度：部处理时，对非自重湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基，处理面每边超出基础宽度应该不小于0.25b(b为基础短边宽度)且大于0.5m；对于自重湿陷性黄土地基，处理面每边超出基础宽度应该不小于0.75b，且大于1m。整片处理一般用于自重湿陷性黄土地基，处理面每边超出基础宽度应该不小于处理层厚度的一半，且大于2m。
填料与压实系数：
素土回填夯实：
灰土回填夯实：
消石灰与土的体积配合比，宜为2︰8 或3︰7。桩顶标高以上应设置 300～500mm 厚的2︰8 灰土垫层，其压实系数不应小于0.95。
承载力与变形模量：
对于重大工程，一般用载荷试验的p~s曲线来确定承载力。如果曲线中无明显直线段，则土桩挤密地基按s/b=0.01~0.015，灰土桩按s/b=0.008，所对应的载荷作为处理地基的承载力设计值。对于一般工程可以参照当地施工经验确定。当无经验参照时，对土桩挤密地基承载力不应大于处理前的1.4倍，且小于180kPa；对于灰土桩，基承载力不应大于处理前的2倍，且小于250kPa。
施工要点，注意事项：
1成孔时，地基土宜接近最优（或塑限）含水量，当土的含水量低于12%时，宜对拟处理范围内的土层进行增湿，增湿土的加水量可按下式估算：
2 应于地基处理前2—6d将增湿的水通过一定数量和一定深度的渗水孔，均匀的侵入处理范围内的土层中。
水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）：
定义：
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩（Cement Flyash Gravel Pile）的简称，由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌合，用振动沉管打桩机或其它成桩机具制成的一种具有一定粘结强度的桩。
适用土类：
CFG桩用于适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或现场试验确定其适用性。对塑性指数高的饱和软粘土使用要慎重。
加固机理：
桩体作用；
挤密作用；
褥垫层作用：
1） 保证桩、土共同承担荷载，
2） 减少基础底面的应力集中，
3） 褥垫厚度可调整桩土荷载分担比，
4） 褥垫层厚度可以调整桩、土水平荷载分担比。
设计计算：
1. 桩径：
一般桩径为350～600mm，由施工设备的桩管决定。常采用振动沉管法、长螺旋钻法施工。
2. 桩距：
桩距的大小取决于设计要求的地基承载力、布桩形式、土质、施工机具和施工的可行性。
3材料：
在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌合。
4褥垫层厚度：一般取10～30cm。
复合地基承载力计算：

—天然地基承载力标准值；
—桩间强度系数（为加固后桩间土的承载力标准值）；
—桩间土强度发挥度；
单桩竖向承载力特征值Ra
1）由现场单桩荷载试验确定

2）计算公式

桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求

变形计算
①复合土层的变形量；②下卧层变形；③褥垫层变形。
施工要点，注意事项：
严格按配合比配料，振动沉管法的塌落度控制在3～5cm，搅拌时间2min，杂质含量小于5％。长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩塌落度控制在16～20cm。
在软土中，采取隔桩跳打方式；在饱和松散粉土中，采用连打法；满堂布桩时，采用“中间向四周”或“一边向一边”的方法。
保护桩长一般取50～70cm。

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